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El huso mitótico, compuesto fundamentalmente de tubulina, es una de las dianas mas importantes para la quimoterapia de procesos tumorales. Su función es dependiente de la dinámica microtubular, que proviene de la unión y disociación estocastica de los dímeros de αβ-tubulina de los extremos de los microtúbulos. El crecimiento y decrecimiento de los microtúbulos depende del estado de activación de la tubulina, que está controlado por el nucleótido unido a la subunidad β de esta. La forma biológicamente activa es la unida a GTP, la cual se une al extremo de los microtúbulos causando el crecimiento de estos mientras que la forma unida a GDP se disocia de los extremos causando el decrecimiento de los microtúbulos. Estos procesos de elongación y reducción constituyen la dinámica microtúbular, cuya regulación precisa es imprescindible para la separación de los cromosomas y por tanto para la división celular.

Existen muchos compuestos capaces de unirse a la tubulina modulando su estado de activación (pudiendo tanto activarla como desactivarla) e interfiriendo así con la dinámica microtubular, deteniendo las células en mitosis y eventualmente induciendo apoptosis. Algunos de ellos (ej.- vimblastina, paclitaxel y docetaxel) son ampliamente utilizados en el tratamiento farmacológico de las enfermedades neoplásicas. Sin embargo, aunque hay un creciente número de compuestos activos dirigidos contra distintas funciones celulares necesarias para la división celular, la quimioterapia proporciona todavía resultados clínicos insatisfactorios. Aunque el 70% de los tumores de mama metastáticos responde inicialmente al tratamiento con docetaxel, solo en un 5% de ellos hay una remisión completa. Esto es debido, en aproximadamente la mitad de los casos a la aparición de la llamada resistencia múltiple a drogas MDR, que describe la capacidad de tumores en contacto con una droga citotóxica de desarrollar resistencia a muchas otras drogas no relacionadas. Aunque hay diversos mecanismos involucrados en este fenómeno el principal de ellos es la reducción en la concentración intracelular de la droga debido a la sobreexpresión de bombas de membrana, en particular la P-glicoproteína.

Esta línea de trabajo pretende entender los mecanismos bioquímicos y biológicos que los moduladores de tubulina usan para regular los estados de activación de esta, con el objeto de aportar información que sirva para diseñar moduladores de tubulina con mejores propiedades bioquímicas y biológicas, y especialmente que sean capaces de vencer el fenotipo de resistencia múltiple a drogas.

Para ello trabajamos en colaboración con una red de grupos de síntesis orgánica y de búsqueda de productos naturales con los tres siguientes objetivos: Identificar nuevos sitios diana en la tubulina, encontrar nuevos compuestos cabecera pata los sitios diana conocidos y optimizar las propiedades bioquímicas y biológicas de los compuestos conocidos. Para conseguirlo estudiamos el mecanismo de acción de un amplio número de compuestos empleando aproximaciones bioquímicas y biofísicas además de evaluar su efecto en líneas tumorales resistentes y no resistentes.

El grupo ha conseguido los siguientes importantes hitos en los últimos años:

-La descripción del sitio de Laulimalida, el segundo sitio de agentes estabilizantes de microtúbulos y de que al menos existen dos tipos de compuestos químicamente distintos con actividad contra ese sitio que mostraría el mismo tipo de promiscuidad estructural observada para el sitio de paclitaxel (ver publicación).

- Encontrar que la afinidad es un valor predictivo para la citotoxicidad de los compuestos del sitio de paclitaxel, y ademas que las contribuciones de energía de unión de los sustituyentes de los compuestos son aditivas lo que permite diseñar compuestos de muy alta afinidad combinando en un mismo compuesto todas las modificaciones favorables para la afinidad (ver publicación).

- La descripción de la ciclostreptina, el primer agente estabilizante de microtubulos que se une covalentemente a estos. Esta unión covalente permite que pueda vencer la resistencia multiple a drogas de una línea celular que sobreexpresa p-gilcoproteína. El uso de este agente covalente también ha permitido elucidar el camino que el paclitaxel sigue para alcanzar su sitio en en los microtúbulos y ademas describir un nuevo sitio de agentes estabilizantes de microtubulos en la superficie externa de estos.

Buey, R. M., Calvo, E., Barasoain, I., Pineda, O., Edler, M. C., Matesanz, R., Cerezo, G., Vanderwal, C.D. Day, B.W., Sorensen, E.J., López, J.A., Andreu, J.M., Hamel, E. and Díaz, J.F. [2007] Cyclostreptin binds covalently to microtubule pores and lumenal taxoid binding sites. Nature Chem. Biol. (Cover)

 

Prota AE, Bargsten K, Zurwerra D, Field JJ, Díaz, JF Altmann, KH and Steinmetz, MO  [2013]. Molecular Mechanism of Action of Microtubule-Stabilizing Anticancer Agents, Science. 339, (6119) 587-590

Buey, R. M., Calvo, E., Barasoain, I., Pineda, O., Edler, M. C., Matesanz, R., Cerezo, G., Vanderwal, C.D. Day, B.W., Sorensen, E.J., López, J.A., Andreu, J.M., Hamel, E. and Díaz, J.F.  [2007]. Cyclostreptin binds covalently to microtubule pores and lumenal taxoid binding sites. Nature Chem. Biol. 3, 117-125

Matesanz R, Barasoain I, Yang CG, Wang L, Li X, de Inés C, Coderch C, Gago F, Jiménez-Barbero J, Andreu JM, Fang WS and Díaz JF  [2008]. Optimization of Taxane Binding to Microtubules: Binding Affinity Dissection and Incremental Construction of a High-Affinity Analog of Paclitaxel. Chemistry and Biology 15, 573-585

 

Fondos

Challenging organic syntheses inspired by nature: from natural products chemistry to drug discovery. COST Action number: CM1407. Main Proposer:Bruno Botta Participant:José Fernando Díaz

 

Diseño de compuestos activos contra tumores resistentes a farmacos dirigidos contra tubulina. 314.600,00 € Ministerio de Ciencia y Competitividad. (2014-2016) BIO2013-42984-R

 

Bioinformatics Integrative Platform for Estructure Based Drug Discovery II 1.000.000 € Comunidad Autónoma de Madrid 2012-2015, BIPPEDII CAM S2010/BMD-2457. Coordinador F. Gago (U. Alcalá) I.P.:José Fernando Díaz

 

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